詹樂音等

摘要：芬頓法是一種高級的氧化技術(shù)， 具有較高的去除難降解有機(jī)污染物的能力。本文介紹了芬頓法的由來，芬頓法的發(fā)展概況，以及典型的三種芬頓具體實(shí)施工藝：普通芬頓法、光-芬頓法以及電-芬頓法的氧化機(jī)理，并概述了芬頓法在有機(jī)廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：芬頓法 氧化機(jī)理 有機(jī)廢水

1 芬頓處理法概述

1894年，化學(xué)家FentonHJ發(fā)現(xiàn)，過氧化氫（H2O2）與亞鐵離子Fe2+的混合溶液具有強(qiáng)氧化性，可以將諸多有機(jī)物，如醇酚醚醛銅羧酸以及其衍生物氧化成簡單的無機(jī)小分子物質(zhì)，如二氧化碳，硝酸根等等，氧化效果相當(dāng)徹底。氧化徹底也就意味著選擇性不強(qiáng)，在正常的生產(chǎn)工藝中，人們總是使用選擇性較好的氧化劑，這樣才能夠得到目標(biāo)的高分子有機(jī)合成產(chǎn)物，從這一點(diǎn)看，芬頓的應(yīng)用范圍不大。直到1970年之后，隨著環(huán)境保護(hù)的研究日益深入，污水中難降解有機(jī)物的存在成了讓人頭疼的問題，也是水污染控制技術(shù)中研究的重難點(diǎn)。驀然回首，環(huán)境學(xué)者們發(fā)現(xiàn)，芬頓的這種無選擇的徹底氧化特性正好給難降解有機(jī)物的處理與處置帶來福音。至此深度氧化-芬頓處理技術(shù)越來越被人廣泛關(guān)注。

2 芬頓試劑的氧化機(jī)理

芬頓試劑具有很強(qiáng)的氧化能力在于其中含有Fe2+和H2O2。其反應(yīng)機(jī)理為：

Fe2++H2O2→Fe3++·OH+OH-

Fe3++H2O2→Fe2++·HO2+H+

Fe2++·OH→Fe3++OH-

Fe3++·HO2→Fe2++O2+H+

芬頓試劑的反應(yīng)機(jī)理較為復(fù)雜，能夠發(fā)生多個(gè)自由基反應(yīng)，現(xiàn)在普遍認(rèn)為，芬頓實(shí)際反映的關(guān)鍵是雙氧水在亞鐵離子催化下生成的羥基自由基（·OH），其氧化能力強(qiáng)于臭氧，僅次于氟，高達(dá)2.80V。此外，·OH具有很高的電負(fù)性，具有很強(qiáng)的加成反應(yīng)特性。正因?yàn)槿绱?，在難降解有機(jī)物的處理中，芬頓試劑的優(yōu)越性就體現(xiàn)了出來。人們常用芬頓試劑來處理工業(yè)尾水，或者通過物理化學(xué)方法難以處理的污水。

3 芬頓處理廢水的類型

3.1 普通Fenton法

雙氧水在亞鐵離子的催化作用下分解產(chǎn)生羥基自由基，其氧化性極強(qiáng)，可將有機(jī)物分子轉(zhuǎn)化為無機(jī)物。于此同時(shí)，亞鐵離子作為催化劑會(huì)被氧化成為三價(jià)鐵離子，若溶液pH值為中性或堿性可生成Fe（OH）3膠體出現(xiàn)，眾所周知的膠體絮凝吸附作用，可大規(guī)模地去除污水中的微小懸浮顆粒及膠體，大大提高水質(zhì)。普通Fenton試劑法即使沒有光照也能分解氧化有機(jī)物，因此具有設(shè)備簡單一次性投入較低的優(yōu)點(diǎn)。但也有兩點(diǎn)不足：其一是不能充分礦化有機(jī)物，初始物質(zhì)部分轉(zhuǎn)化為某些中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物或與Fe3+形成絡(luò)合物，或與羥基自由基·OH的生成路線發(fā)生競爭，并可能對環(huán)境的危害更大；二是H2O2的利用率不高。為此人們把紫外線引入Fenton體系，形成了UV/Fenton法。

3.2 光-芬頓法

普通芬頓法過氧化氫的利用率低，有機(jī)物礦化不充分，如果把光照（紫外光或可見光）引入標(biāo)準(zhǔn)芬頓體系，可以大大提高其對有機(jī)物處理效率及對有機(jī)物的降解程度，這種紫外或可見光照射下的Fenton試劑體系被稱為光-Fenton試劑。但光-芬頓試劑的缺點(diǎn)是處理費(fèi)用較高。詳細(xì)的反應(yīng)機(jī)理如下：

Fe2++H2O2→Fe3++·OH+OH-

[Fe（OH）]2+■Fe2++HO·

[Fe（OOC-R）]2+■Fe2++R·+CO2

HO·+RH→R·+H2O

Fe2++HO·→Fe3++OH-

3.3 電-芬頓法

電-芬頓試劑就是在電解槽中通過電解反應(yīng)生成H2O2或Fe2+，從而形成芬頓試劑，并讓廢水流入電解槽，由于電化學(xué)作用，使反應(yīng)機(jī)制得到改善，從而提高了試劑的處理效果。該法綜合了電化學(xué)反應(yīng)和芬頓氧化，充分利用了二者的氧化能力。它與光-芬頓法相比自動(dòng)產(chǎn)生H2O2的機(jī)制較完善。導(dǎo)致有機(jī)物降解的因素較多，除·OH的氧化作用外，還有陽極氧化、電吸附等。

4 案例

河北滄州某地工業(yè)園區(qū)污水處理升級改造，一期工程里污水處理工藝采用“懸鏈曝氣+微絮凝過濾”工藝，該項(xiàng)目的污水要求進(jìn)行二級生化處理。進(jìn)水BOD5/COD<0.25，可生化性較差，因此，宜通過適當(dāng)技術(shù)措施增強(qiáng)污水的可生化性。

此污水處理廠的進(jìn)水含有大量制藥、纖維素等廢水，水質(zhì)復(fù)雜，并且變化較大，這部分工業(yè)廢水在出廠前已經(jīng)經(jīng)過一道生化處理系統(tǒng)，出水中的COD為大分子鏈不易降解的污染物增加調(diào)節(jié)池及水解酸化池。調(diào)節(jié)池的作用主要是調(diào)節(jié)水量水質(zhì)，水解酸化的作用主要是使成分復(fù)雜的大分子、不溶性有機(jī)物在細(xì)胞外酶和兼氧菌的生化作用下水解為小分子和可溶性有機(jī)物，進(jìn)行“粗糧細(xì)作”，為后續(xù)的生化處理提供合適的營養(yǎng)物質(zhì)。

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)廠污水經(jīng)水解酸化+懸掛鏈生化工藝處理后，部分水質(zhì)指標(biāo)（COD）仍達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，且再經(jīng)常規(guī)的混凝沉淀+過濾的深度處理工序處理后依然難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，必須對深度處理部分進(jìn)行強(qiáng)化。在此情況下，該污水處理廠使用了芬頓處理工藝，使出水COD由原來的80mg/L降至42mg/L，符合國家污水排放一級A的標(biāo)準(zhǔn)，從而使水質(zhì)達(dá)標(biāo)，減少了對該地區(qū)環(huán)境的污染，提高了環(huán)境質(zhì)量。故此芬頓法在處理難降解有機(jī)廢水的工程實(shí)踐中，由于它的諸多優(yōu)勢，如分解徹底，投資省，造價(jià)低，易于操作等，成為了首選方案。

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